population database on: d1s1656, d2s441, d2s1338, d3s1358...

Arch Med Sąd Kryminol 2016; 66 (2): 83–94 DOI: 10.5114/amsik.2016.64707

Dane populacyjne dla układów: D1S1656, D2S441, D2S1338, D3S1358, D8S1179, D10S1248, D12S391, D16S539, D18S51, D19S433, D21S11, D22S1045, FGA, TH01, vWA, zawartych w systemie NGM na podstawie tysiąca niespokrewnionych osób z regionu łódzkiego Polski CentralnejPopulation database on: D1S1656, D2S441, D2S1338, D3S1358, D8S1179, D10S1248, D22S1045, D12S391, D16S539, D18S51, D19S433, D21S11, FGA, TH01, vWA loci included in NGM system based on one thousand unrelated individuals from Lodz region of Central Poland

Renata Jacewicz, Beata Markiewicz, Rafał Wojtkiewicz, Maciej Jędrzejczyk, Jarosław Berent

Pracownia Genetyki Medycznej i Sądowej Zakładu Medycyny Sądowej, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, Polska Medical and Forensic Genetics Laboratory, Department of Forensic Medicine, Medical University of Lodz, Poland

StreszczeniePrzedstawiono dane populacyjne uzyskane na podstawie analizy 1000 niespokrewnionych osób polskiego pochodze-nia zamieszkujących region łódzki Polski Centralnej z zastosowaniem fluorescencyjnej reakcji multipleks PCR oraz rozdziału z użyciem elektroforezy kapilarnej. Ocena objęła 15 polimorficznych loci DNA – STR zawartych w zestawie NGM multipleks-PCR, tj. D1S1656, D2S441, D2S1338, D3S1358, D8S1179, D10S1248, D12S391, D16S539, D18S51, D19S433, D21S11, D22S1045, FGA, TH01, vWA. Obliczono rozkład częstości alleli oraz kluczowe parametry staty-styczne dla badanych markerów i całego zestawu. Wykazano zgodność badanej populacji z równowagą Hardy’ego i We-inberga, niezależność dziedziczenia oraz wysokie parametry przydatności w aspekcie genetyki sądowej. Porównanie międzypopulacyjne przeprowadzone metodą „najbliższego sąsiada” oraz skalowania wielowymiarowego zobrazowało genetyczne dystanse dzielące badaną polską populację od innych populacji Polski, Europy i świata.

Słowa kluczowe: STR multipleks, NGM system, dane populacyjne, Polska Centralna, porównania międzypopulacyjne, skalowanie wielowymiarowe.

AbstractA population data obtained on the basis of sample of 1000 unrelated individuals of Polish ancestry living in Lodz re-gion of Central Poland with use of fluorescent multiplex-PCR and capillary electrophoresis were presented. Evaluation included 15 polymorphic loci DNA – STR from NGM multiplex-PCR set, ie. D1S1656, D2S441, D2S1338, D3S1358, D8S1179, D10S1248, D12S391, D16S539, D18S51, D19S433, D21S11, D22S1045, FGA, TH01, vWA. The allele fre-quency distribution and crucial statistical parameters for the investigated markers and the whole set were calculated.

Praca oryginalna Original paper

archiwum medycyny sądowej i kryminologii

Copyright © 2016 by PTMSiK

Renata Jacewicz, Beata Markiewicz, Rafał Wojtkiewicz, Maciej Jędrzejczyk, Jarosław BerentDane populacyjne dla układów: D1S1656, D2S441, D2S1338, D3S1358, D8S1179, D10S1248, D12S391, D16S539, D18S51, D19S433, D21S11, D22S1045, FGA, TH01, vWA, zawartych w systemie NGM na podstawie tysiąca niespokrewnionych osób z regionu łódzkiego Polski Centralnej

84Archiwum Medycyny Sądowej i Kryminologii

Archives of Forensic Medicine and Criminology

Introduction

Variable number tandem repeats (VNTR) in the human genome have been used for personal identifi-cation and kinship analysis since 1985 [1]. Short tan-dem repeat (STR) sequences, which were first used for analysis purposes in 1991, are still considered the basic standard in forensic studies [2]. The methodol-ogy of examinations performed for these markers is based on fluorescent labelling and simultaneous mul-tilocus amplification (multiplex PCR). The detection of PCR products has been conducted in contempo-rary forensic genetics using the technique of capillary electrophoresis (CE) since 1995, and with the aid of massive parallel sequencing (MPS) since 2015 [3]. The continued privileged status of STR markers over time is attributable to their application in constant-ly expanding databases of DNA profiles which are an invaluable tool in law enforcement applications [4]. In this context, the primary aspect is the standardization of compiled databases of genetic markers, so that will be possible to compare DNA profiles obtained from biological traces collected in temporally and spatially separated sites, and analyzed at different laboratories [5]. Another significant factor is the rapid develop-ment of databases containing these markers, taking into account requirements related to increasing the power of discrimination, sensitivity and detection level also in degraded samples [6]. In Europe, the process is supervised by the European DNA Profiling (EDNAP) group which has existed as part of the International So-ciety for Forensic Genetics (ISFG) since 1991, and by the European Network of Forensic Science Institutes (ENFSI) which was formally established in 1995. Both bodies define standards and guidelines for forensic ge-netic studies, ranges of markers used and biostatistical analysis methods. They also represent a platform for the exchange of experiences in DNA profiling based on inter-laboratory quality tests and international re-search projects [7]. In the United States and Canada, quality standards for forensic DNA studies are laid down by the Scientific Working Group on DNA Anal-

The compliance of the studied population with Hardy-Weinberg equilibrium, independence of inheritance and high parameters of the usefulness in forensic genetics have been demonstrated. The interpopulation comparison performed by the „neighbor-joining” method as well as multidimensional scaling depicted the genetic distances dividing the ex-amined Polish population from other populations of Poland, Europe and the world.

Key words: STR multiplex, NGM system, population data, Central Poland, interpopulation comparison, multidimensional scaling.

Wprowadzenie

Początki wykorzystania zmiennych regionów tan-demowych powtórzeń w genomie człowieka (VNTR) do przeprowadzania identyfikacji osób i analiz pokre-wieństwa datuje się na 1985 rok [1]. Wprowadzone w 1991 r. do analizy sekwencje krótkich tandemowych powtórzeń (STR) stanowią nadal podstawowy stan-dard w analizach sądowych [2]. Metodyka badań tych markerów bazuje na fluorescencyjnym znakowaniu oraz jednoczesnej wielolocusowej amplifikacji (multi-plex PCR). Detekcję produktów PCR we współczesnej genetyce sądowej przeprowadza się, począwszy od 1995 r., przy użyciu techniki elektroforezy kapilarnej (CE), a od 2015 r. również wykorzystując technikę se-kwencjonowania wielkoskalowego (MPS) [3]. Uprzy-wilejowana niezmiennie pomimo upływu czasu po-zycja markerów STR wiąże się z ich wykorzystaniem w tworzeniu stale powiększających się baz danych pro-fili DNA, nieocenionego narzędzia w egzekwowaniu prawa [4]. Pierwszą istotną kwestią jest standaryzacja tworzonych baz danych markerów genetycznych, tak aby można było porównywać profile DNA uzyskane ze śladów biologicznych pochodzących z rozdzielonych czasowo i przestrzennie miejsc oraz analizowanych w różnych laboratoriach [5]. Drugą kwestią o dużym znaczeniu jest także dynamiczny rozwój baz tych mar-kerów, biorąc pod uwagę wymogi dotyczące podno-szenia siły dyskryminacji, czułości i poziomu detekcji również w zdegradowanych próbach [6]. W Europie proces ten jest nadzorowany przez istniejącą od 1991 r. w obrębie Międzynarodowego Towarzystwa Genetyki Sądowej (ISFG) Europejską Grupę ds. Profilowania DNA (EDNAP), a także przez istniejącą formalnie od 1995 r. Europejską Sieć Laboratoriów Kryminalistycz-nych (ENFSI). Określają one standardy i wytyczne dotyczące badań genetyczno-sądowych, zakresy sto-sowanych markerów i metody analizy biostatystycznej. Stanowią również platformę wymiany doświadczeń w zakresie profilowania DNA w oparciu o międzylabo-ratoryjne testy jakości oraz międzynarodowe projekty badawcze [7]. W Stanach Zjednoczonych i Kanadzie

Arch Med Sąd Kryminol 2016; vol. 66: 83–94

85Archiwum Medycyny Sądowej i KryminologiiArchives of Forensic Medicine and Criminology

ysis Methods (SWGDAM) on the basis of recommen-dations issued by the Director of the Federal Bureau of Investigation (FBI) [8]. The foundation of all databases is constituted by seven loci recommended by Interpol: the so-called seven ENFSI-approved loci, i.e. D3S1358, D8S1179, D18S51 D21S11, FGA, TH01 and vWA [9]. The set, expanded by another six loci (D5S818, D7S820, D13S317, D16S539, CSF1PO and TPOX), was adopted in the USA in 1997 as the 13-locus FBI standard called CODIS (Combined DNA Index Sys-tem) [10]. The next step was to extend the databases by adding two loci (D2S1338 and D19S433) which, along with CODIS, were used for developing Identi-filer, a multiplex system which is commonly used for DNA profiling purposes [11]. A yet another step for-ward in the standardization of STR markers in Europe was the addition of five markers with reduced-size amplicons (D1S1656, D2S441, D10S1248, D12S391, D22S1045) to the DNA database in conformity with ENFSI/EDNAP recommendations. The new markers increase the chance for a successful analysis when han-dling considerably degraded DNA specimens. In 2009, seven Interpol loci (ENFSI loci) together with five newly introduced ENFSI/EDNAP loci were adopted as a new extended ESS standard which is used in Europe (European Standard Set) [12]. The new ESS standard, comprising 12 loci, was used along with another three loci (D2S1338, D16S539 and D19S433) for building the NGM system, and with SE33 locus – for compiling NGM SElect which is currently recognized as one of the most discrimnating sets of DNA markers [13].

The present study reports results obtained in a large-scale population analysis of 15 polymorphic loci contained in the NGM kit. The analysis was performed for the population of Central Poland. Furthermore, the study includes a comparative in-ter-population analysis for the studied markers in relation to other populations of Poland, Europe and the world.

Material and methods

DNA samples were collected from 1,000 unrelated individuals of both sexes (500 women and 500 men), inhabiting the Lodz region of Central Poland, who have been involved in cases of disputed paternity investigat-ed at the Medical and Forensic Genetics Laboratory, Department of Forensic Medicine, Medical University of Lodz. Written informed consent was obtained from all subjects for the use of the samples. The study was

standardy jakości w zakresie sądowych badań DNA wytycza naukowa grupa badawcza SWGDAM (The Scientific Working Group on DNA Analysis Methods) na podstawie rekomendacji dyrektora Federalnego Biura Śledczego (FBI) [8]. Podstawą wszystkich baz da-nych jest 7 loci rekomendowanych przez Interpol, tzw. 7 loci ENFSI, tj. D3S1358, D8S1179, D18S51, D21S11, FGA, TH01, vWA [9]. Ten zestaw wzbogacony o ko-lejne 6 loci: D5S818, D7S820, D13S317, D16S539, CSF1PO, TPOX, wyznaczył od 1997 r. w USA 13-lo-cusowy standard FBI, tzw. system CODIS (Combined DNA Index System) [10]. Kolejnym krokiem było po-szerzenie baz danych o loci D2S1338 i D19S433, które razem z systemem CODIS posłużyły do opracowania systemu multipleksowego Identifiler, o powszechnym wykorzystaniu w profilowaniu DNA [11]. Następ-ny krok w standaryzacji markerów STR w Europie stanowiło wprowadzenie zgodnie z zaleceniami EN-FSI/EDNAP do bazy danych DNA dodatkowo pię-ciu markerów o skróconych amplikonach, które dają większą szansę na sukces analizy przy znacznym stop-niu degradacji DNA: D1S1656, D2S441, D10S1248, D12S391, D22S1045 [9]. Siedem loci Interpolu (ENFSI loci) wraz pięcioma nowo wprowadzonymi loci EN-FSI/EDNAP stały się od 2009 r. nowym rozszerzonym standardem ESS obowiązującym w Europie (European Standard Set) [12]. Dwunastolocusowy nowy standard ESS posłużył wraz z trzema loci: D2S1338, D16S539 i D19S433, do konstrukcji systemu NGM, a wraz z lo-cus SE33 systemu NGM SElect, uznawanego obecnie za jeden z najbardziej dyskryminujących zestawów markerów DNA [13].

Niniejsza praca zawiera wyniki przeprowadzonej na dużą skalę analizy populacyjnej 15 polimorficznych loci zawartych w zestawie NGM w populacji Polski Centralnej. W pracy przedstawiono też porównawczą analizę międzypopulacyjną w zakresie badanych mar-kerów w zestawieniu z innymi populacjami Polski, Eu-ropy oraz świata.

Materiał i metody

Próbki DNA pochodziły z populacji 1000 niespo-krewnionych osób obojga płci (500 kobiet i 500 męż-czyzn) zamieszkujących region łódzki Polski Centralnej, które uczestniczyły w sprawach dochodzenia spornego ojcostwa przeprowadzanych w Pracowni Genetyki Me-dycznej i Sądowej ZMS UM w Łodzi. Na wykorzystanie prób uzyskano świadomą zgodę badanych oraz zgodę Komisji Bioetyki przy Uniwersytecie Medycznym w Ło-

Renata Jacewicz, Beata Markiewicz, Rafał Wojtkiewicz, Maciej Jędrzejczyk, Jarosław BerentPopulation database on: D1S1656, D2S441, D2S1338, D3S1358, D8S1179, D10S1248, D22S1045, D12S391, D16S539, D18S51, D19S433, D21S11, FGA, TH01, vWA loci included in NGM system based on one thousand unrelated individuals from Lodz region of Central Poland



approved by the Bioethics Committee at the Medical University of Lodz. Genomic DNA was isolated from buccal swabs with the AX Sherlock kit according to the manufacturer’s protocol (A&A Biotechnology, Po-land) [14]. Qualitative and quantitative analyses of iso-lated DNA were conducted with the Power Quant kit (Promega, Madison, WI, USA) [15] using a Real-Time PCR System 7500, based on HID Real-Time Analysis v.1.1 software (Thermo Fisher Scientific, USA). The amplification of the DNA matrix at the concentration of 0.1–0.3 ng/µl was performed in a 3 µl volume of the multiplex PCR reaction using the AmpFℓSTR NGM kit [16]. Products of the PCR reaction were detected by capillary electrophoresis and fluorescent detection using a 3500 Genetic Analyzer (Thermo Fisher Sci-entific, USA). Genotyping was conducted in the pres-ence of positive and negative controls with the Gen-eMapper ID-X v.1.2 software by reference to the LIZ Size Standard 600 v.2 and the allelic ladder supplied by the manufacturer. The statistical analysis, which com-prised an estimation of allele frequency, assessment of consistency of the study population with the Har-dy-Weinberg equilibrium (HWE) and linkage disequi-librium (LD) in the investigated pairs of loci, inbreed-ing coefficient – “coancestry coefficient” (φ), as well as parameters determining suitability for forensic genetic testing, i.e. heterozygosity (HET), polymorphism in-formation content (PIC), genetic diversity (GD), pow-er of discrimination (PD), random match probability (MP), power of exclusion (PE) and typical paternity index (TPI), was carried out using the PowerStats v.1.2 spreadsheet [17] as well as GDA v.1.0 [18] and Power-Marker v.3.0 [19] software. The HWE assessment was performed applying the Bonferroni correction at a sig-nificance level adjusted for multiple testing (0.05/15 = 0.0033). Genetic distances between populations were visualized based on Fst values calculated according to Reynolds et al. [20].

Results and discussion

The distribution of alleles obtained for the systems under study, as well as statistical parameters which characterize them and determine their suitability for forensic analysis, are listed in Table I. What they reveal is that the highest parameters indicating the variability of the studied markers, and the lowest values of ran-dom match probability, were noted for the following loci: D1S1656, D2S1338, D12S391, D18S51, FGA and D21S11. As a result, the markers should be regarded

dzi. Genomowy DNA izolowano z wymazów policzko-wych z wykorzystaniem zestawu AX Sherlock zgodnie z protokołem producenta (A&A Biotechnology, Pol-ska) [14]. Analizę jakościową i ilościową wyizolowane-go DNA przeprowadzano za pomocą zestawu Power Quant (Promega, Madison, WI, USA) [15] w aparacie Real-Time PCR System 7500 z zastosowaniem oprogra-mowania HID Real-Time Analysis v.1.1 (Thermo Fisher Scientific, USA). Amplifikację matrycy DNA o stężeniu 0,1–0,3 ng/µl przeprowadzano w objętości 3 µl reakcji multiplex PCR przy użyciu zestawu AmpFℓSTR NGM [16]. Produkty reakcji PCR wykrywano za pomo-cą elektroforezy kapilarnej i detekcji fluorescencyjnej w sekwenatorze 3500 Genetic Analyzer (Thermo Fi-sher Scientific, USA). Genotypowanie przeprowadzono w obecności kontroli dodatniej oraz kontroli ujemnej z użyciem oprogramowania GeneMapper ID-X v.1.2 w odniesieniu do wzorca wielkości LIZ Size Standard 600 v.2 i drabiny alleli, dostarczonych przez producenta. Analiza statystyczna obejmująca zestawienie częstości alleli, ocenę zgodności badanej populacji z równowagą Hardy’ego i Weinberga (HWE), analizę nierównowagi sprzężeń (LD) w badanych parach loci, współczynnik wsobności (coancestry coefficient – φ), jak również para-metry przydatności do badań genetyczno-sądowych, tj. heterozygotyczność (HET), wskaźnik informacji o poli-morfizmie (PIC), zróżnicowanie genetyczne (GD), siłę dyskryminacji (PD), prawdopodobieństwo przypadko-wej zgodności (MP), siłę wykluczenia (PE) i typowy in-deks ojcostwa (TPI) została przeprowadzona przy uży-ciu arkusza kalkulacyjnego PowerStats v.1.2 [17] oraz oprogramowania GDA v.1.0 [18] i PowerMarker v.3.0 [19]. Ocenę HWE przeprowadzono z zastosowaniem poprawki Bonferroniego przy skorygowanym poziomie istotności (0,05/15 = 0,0033) dla wielokrotnego testowa-nia. Dystanse genetyczne pomiędzy populacjami zwi-zualizowano na podstawie wartości Fst obliczonych wg Reynolds i wsp. [20].

Wyniki i dyskusja

Uzyskany rozkład alleli dla badanych układów oraz parametry statystyczne stanowiące ich charak-terystykę oraz określające przydatność w analizach sądowych zestawiono w tabeli I. Jak z nich wynika, najwyższe parametry będące wskaźnikami zmienności badanych markerów oraz niskie wartości prawdopo-dobieństwa przypadkowej zgodności odnotowano dla loci: D1S1656, D2S1338, D12S391, D18S51, FGA oraz D21S11. Czyni to te markery najbardziej przydatnymi



Tabe

la I.

Roz

kład

czę

stoś

ci a

lleli

i par

amet

ry s

taty

styc

zne

15 lo

ci S

TR s

yste

mu

NG

M d

la p

róby

pop

ulac

yjne

j 100

0 os

ób r

egio

nu łó

dzki

ego

(Pol

ska

Cen

-tr

alna

) Ta

ble

I. Th

e di

stri

butio

n of

alle

le fr

eque

ncie

s an

d st

atis

tical

par

amet

ers

of 1

5 ST

R lo

ci in

a p

opul

atio

n sa

mpl

e of

100

0 in

divi

dual

s of

Lod

z re

gion

(Cen

tral

Po

land

) A

llel

Alle

leD

8S11

79D

21S1

1D

18S5

1D

10S1

248

vWA

D16

D53

9D

2S13

38D

22S1

045

D19

S433

TH01

FGA

D2S

441

D3S

1358

D1S

1656

D12

S391

50,

0005

––

––

––

––

0,00

15–

––

––

6–

––

––

––

––

0,22

20–

––

––

7–

––

––

––

––

0,13

15–

––

––

80,

0095

––

––

0,01

05–

––

0,09

35–

––

––

90,

0105

––

––

0,08

85–

––

0,21

05–

––

––

9.3

––

––

––

––

–0,

3350

––

––

–

100,

0635

–0,

0065

––

0,05

05–

0,00

05–

0,00

60–

0,20

85–

0,00

05–

110,

0685

–0,

0120

0,00

05–

0,30

00–

0,14

600,

0010

––

0,32

400,

0010

0,09

65–

11.3

––

––

––

––

––

–0,

0470

––

–

120,

1655

–0,

1060

0,02

40–

0,31

45–

0,02

200,

0835

––

0,02

70–

0,14

05–

12.2

––

––

––

––

0,00

15–

––

––

–

12.3

––

––

––

––

––

–0,

0010

––

–

130,

3145

–0,

1120

0,23

700,

0040

0,20

20–

0,00

300,

2205

––

0,01

950,

0035

0,05

75–

13.2

––

––

––

––

0,01

85–

––

––

–

140,

2280

–0,

1470

0,33

450,

1025

0,03

25–

0,04

100,

3550

––

0,33

050,

1505

0,07

85–

14.2

––

––

––

––

0,02

30–

––

––

–

14.3

––

––

––

––

––

––

–0,

0015

–

150,

1110

–0,

1625

0,20

600,

1060

0,00

150,

0010

0,35

400,

1710

––

0,03

900,

2505

0,11

700,

0310

15.2

––

––

––

––

0,04

15–

––

––

–

15.3

––

––

––

––

––

––

–0,

0520

–

160,

0255

–0,

1695

0,15

500,

1785

–0,

0565

0,34

850,

0420

––

0,00

350,

2225

0,12

300,

0205

16.2

––

––

––

––

0,03

10–

––

––

–

16.3

––

––

––

––

––

––

–0,

0510

–

170,

0025

–0,

1240

0,03

950,

2645

–0,

2075

0,07

000,

0025

–0,

0005

–0,

1960

0,05

700,

1060

17.1

––

––

––

––

––

––

–0,

0005

–

17.2

––

––

––

––

0,00

55–

––

––

–

17.3

––

––

––

––

––

––

–0,

1450

0,01

55

180,

0005

–0,

0800

0,00

350,

2420

–0,

0810

0,01

00–

–0,

0130

–0,

1625

0,00

350,

2025




Alle

lA

llele

D8S

1179

D21

S11

D18

S51

D10

S124

8vW

AD

16D

539

D2S

1338

D22

S104

5D

19S4

33TH

01FG

AD

2S44

1D

3S13

58D

1S16

56D

12S3

91

18.2

––

––

––

––

0,00

35–

––

––

–

18.3

––

––

––

––

––

––

–0,

0640

0,01

55

19–

–0,

0400

–0,

0905

–0,

1220

0,00

40–

–0,

0845

–0,

0130

–0,

1115

19.3

––

––

––

––

––

––

–0,

0105

0,00

75

20–

–0,

0225

–0,

0115

–0,

1350

0,00

10–

–0,

1410

–0,

0005

–0,

1165

20.2

––

––

––

––

––

0,00

10–

––

–

20.3

––

––

––

––

––

––

–0,

0015

0,00

10

21–

–0,

0095

––

–0,

0295

––

–0,

1970

––

–0,

1050

21.2

––

––

––

––

––

0,00

30–

––

–

21.3

––

––

––

––

––

––

––

0,00

10

22–

–0,

0060

–0,

0005

–0,

0280

––

–0,

2125

––

–0,

1355

22.2

––

––

––

––

––

0,01

20–

––

–

22.3

––

––

––

––

––

0,00

05–

––

–

23–

–0,

0015

––

–0,

0980

––

–0,

1110

––

–0,

0795

23.2

––

––

––

––

––

0,01

05–

––

–

24–

–0,

0010

––

–0,

1005

––

–0,

1210

––

–0,

0285

24.2

––

––

––

––

––

0,00

20–

––

–

24.3

––

––

––

––

––

––

––

0,00

05

25–

––

––

–0,

1135

––

–0,

0655

––

–0,

0165

26–

0,00

35–

––

–0,

0250

––

–0,

0210

––

–0,

0040

27–

0,02

40–

––

–0,

0025

––

–0,

0040

––

–0,

0015

28–

0,19

05–

––

––

––

––

––

–0,

0005

28.2

–0,

0005

––

––

––

––

––

––

–

29–

0,19

50–

––

––

––

––

––

––

29.2

–0,

0010

––

––

––

––

––

––

–

30–

0,22

80–

––

––

––

––

––

––

30.2

–0,

0590

––

––

––

––

––

––

–

31–

0,07

10–

––

––

––

––

––

––

31.2

–0,

0690

––

––

––

––

––

––

–

32–

0,00

85–

––

––

––

––

––

––

32.2

–0,

1060

––

––

––

––

––

––

–



Alle

lA

llele

D8S

1179

D21

S11

D18

S51

D10

S124

8vW

AD

16D

539

D2S

1338

D22

S104

5D

19S4

33TH

01FG

AD

2S44

1D

3S13

58D

1S16

56D

12S3

91

33.2

–0,

0400

––

––

––

––

––

––

–

34–

0,00

05–

––

––

––

––

––

––

34.2

–0,

0030

––

––

––

––

––

––

–

35–

0,00

05–

––

––

––

––

––

––

Locu

s

Licz

ba

geno

typó

wN

umbe

r of

ge

noty

pes

4159

7524

3424

7134

5722

7332

2685

100

Licz

ba

alle

liN

umbe

r of

al

lele

s

1216

158

98

1311

147

179

917

20

MA

F0,

3145

0,22

800,

1695

0,33

450,

2645

0,31

450,

2075

0,35

400,

3550

0,33

500,

2125

0,33

050,

2505

0,14

500,

2025

HET

0,79

300,

8460

0,87

700,

7550

0,80

800,

7720

0,88

000,

7440

0,80

000,

7840

0,84

100,

7490

0,80

800,

8880

0,87

40

GD

0,79

980,

8469

0,87

530,

7633

0,80

950,

7587

0,87

920,

7247

0,78

380,

7681

0,85

690,

7375

0,80

010,

8989

0,88

30

MP

0,06

600,

0410

0,03

000,

0930

0,06

300,

0960

0,02

700,

1270

0,07

500,

0910

0,03

700,

1170

0,07

200,

0190

0,02

50

PD0,

9340

0,95

900,

9700

0,90

700,

9370

0,90

400,

9730

0,87

300,

9250

0,90

900,

9630

0,88

300,

9280

0,98

100,

9750

PE0,

5860

0,68

700,

7480

0,51

800,

6140

0,54

800,

7550

0,49

900,

5990

0,57

000,

6770

0,50

800,

6140

0,77

100,

7420

TPI

2,41

3,25

4,06

2,04

2,60

2,19

4,17

1,95

2,50

2,31

3,14

1,99

2,60

4,46

3,95

PIC

0,77

320,

8291

0,86

230,

7254

0,78

290,

7201

0,86

740,

6799

0,75

620,

7317

0,84

080,

6934

0,76

920,

8901

0,87

20

φ0,

0090

0,00

16–0

,001

50,

0114

0,00

24–0

,017

0–0

,000

4–0

,026

1–0

,020

2–0

,020

20,

0190

–0,0

151

–0,0

094

0,01

260,

0107

HW

E0,

8835

0,23

390,

0883

0,46

430,

0452

0,49

390,

2630

0,57

610,

7030

0,00

65*

0,66

520,

8657

0,75

000,

3943

0,64

22

MA

F –

częs

tość

alle

lu g

łów

nego

; HET

– h

eter

ozyg

otyc

znoś

ć; G

D –

zró

żnic

owan

ie g

enet

yczn

e; M

P –

praw

dopo

dobi

eńst

wo

przy

padk

owej

zgo

dnoś

ci; P

D –

siła

dys

krym

inac

ji; P

E –

siła

wyk

lucz

enia

; TP

I – ty

pow

y in

deks

ojc

ostw

a; P

IC –

wsk

aźni

k in

form

acji

o po

limor

fizm

ie; φ

– w

spół

czyn

nik

wso

bnoś

ci; H

WE

– ro

zkła

d H

ardy

’ego

-Wei

nber

ga –

war

tośc

i pra

wdo

podo

bień

stw

a w

teśc

ie e

xact

na

pods

taw

ie 2

300

perm

utac

jiŁą

czne

war

tośc

i dla

15

loci

: MP:

1,6

× 1

0–19 ,

PD =

0,9

9999

9999

9999

9999

984,

PE

= 0,

9999

9978

9, śr

edni

a φ

= –0

,001

2

MA

F –

maj

or a

llele

freq

uenc

y; H

ET –

het

eroz

ygos

ity; G

D –

gen

e di

vers

ity; M

P –

mat

chin

g pr

obab

ility

; PD

– p

ower

of d

iscr

imin

atio

n; P

E –

pow

er o

f exc

lusi

on; T

PI –

typi

cal p

ater

nity

inde

x; P

IC –

pol

y-m

orph

ism

info

rmat

ion

cont

ent;

φ –

coan

cest

ry c

oeffi

cien

t; H

WE

– H

ardy

and

Wei

nber

g eq

uilib

rium

– p

roba

bilit

y va

lues

of e

xact

test

bas

ed o

n 23

00 sh

uffli

ngs

Com

bine

d va

lues

of 1

5 lo

ci: M

P: 1

.6 ×

10–1

9 , PD

= 0

.999

9999

9999

9999

9998

4, P

E =

0.99

9999

789,

Mea

n va

lue

of φ

= –

0.00

12




dowodowo w aspekcie badań genetyczno-sądowych. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że najwyższe wartości parametrów przydatności badanych mar-kerów korelują wyraźnie z najniższymi wartościami częstości populacyjnych najczęstszego allela w obrębie tego markera (MAF). Natomiast w mniejszym stop-niu na parametry przydatności markerów ma wpływ liczba genotypów i alleli. Widać to wyraźnie na przy-kładzie loci D12S391 i D2S1338, które przy znacznych różnicach liczby odnotowanych alleli (20 vs 13) oraz genotypów (100 vs 71), charakteryzują się bardzo zbli-żonymi wartościami heterozygotyczności, zmienności genowej, prawdopodobieństwa przypadkowej zgod-ności, siły dyskryminacji, siły wykluczenia, indeksu ojcostwa oraz wskaźnika polimorfizmu (tabela I). Najmniej polimorficznymi, a tym samym dający-mi najmniejszą wartość dowodową okazały się loci: D22S1045, D2S441, D10S1248, D16S539 oraz TH01. Nieuwzględniona w tabeli analiza korelacji przepro-wadzona w parach badanych loci nie wykazała braku równowagi sprzężeń zachodzącej dla którychkolwiek markerów badanego multipleksu. Jest to szczególnie istotne dla dwóch par loci syntenicznych, tj. leżących na tych samych chromosomach: VWA i D12S391 oraz D2S1338 i D2S441. Fakt ten uprawnia do mnożenia wartości dowodowych uzyskanych w analizie tych markerów dla oceny całkowitej wartości dowodowej ekspertyzy. Łączna wartość siły wyłączenia dla badane-go zestawu loci wynosi 0,9999999, a określony multi- lokusowy profil DNA pojawia się w populacji śred-nio 1 na 6,3 × 1018 osób. Średnią wartość współczyn-nika wsobności ustalono na bardzo niskim poziomie 0,001, co wskazuje na spełnienie w badanej populacji zakładanych warunków niezależnego dziedziczenia, cechujące większość dużych populacji europejskich [21]. Uzyskany rozkład genotypów badanych loci sys-temu NGM wykazał zgodność z prawem równowagi Hardy’ego i Weinberga. Tylko w układzie TH01 uzy-skano wartość prawdopodobieństwa poniżej poziomu istotności, które jednak przy uwzględnieniu poprawki Bonferroniego dla wielokrotnego testowania nie wy-kazało różnic statystycznie znamiennych w rozkładzie obserwowanym oraz oczekiwanym w tym locus, po-dobnie do czternastu pozostałych.

Na podstawie uzyskanych rozkładów cech gene-tycznych w populacji Polski regionu łódzkiego wy-liczono wskaźniki Fst wg Reynolds i wsp. [20], a na-stępnie zestawiono je z analogicznymi wskaźnikami uzyskanymi dla innych populacji Polski [24], Europy [23, 25, 26] oraz świata [22, 27]. Wykorzystano do tego

as the most suitable as evidence in forensic genetic in-vestigations. The calculations show a clear correlation between the highest values of suitability parameters of the studied markers and the lowest values of population frequencies noted for the most common allele within the marker (MAF). In contrast, the number of geno-types and alleles has a lesser effect on marker suitability parameters. This can be seen clearly on the example of D12S391 and D2S1338 loci which, despite considerable differences in the number of observed alleles (20 vs. 13) and genotypes (100 vs. 71), share very similar values for heterozygosity, genetic variation, random match proba-bility, power of discrimination, power of exclusion, pa-ternity index and polymorphism index (Table I). The loci that were shown to be the least polymorphic and hence had the lowest value as evidence in forensic in-vestigations included D22S1045, D2S441, D10S1248, D16S539 and TH01. An analysis of correlations con-ducted in pairs of investigated loci, which is not shown in the table, failed to demonstrate the absence of linkage disequilibrium for any markers of the multiplex under study. The above is pertinent in particular for two pairs of syntenic loci, i.e. lying on the same chromosomes: VWA and D12S391, and D2S1338 and D2S441. This fact justifies the multiplication of evidence values ob-tained in the analysis of these markers for the assess-ment of total evidence value of an expert opinion. The total value of the power of exclusion for the investigat-ed set of loci is 0.9999999, which means that a specific multi-locus DNA profile occurs in the population on average in one person per 6.3 × 1018. The mean value of the inbreeding coefficient was established to be at a very low level (0.001), which shows that the study popula-tion meets the conditions of independent inheritance which is found in the majority of large European pop-ulations [21]. The genotype distribution obtained for the studied loci included in the NGM kit demonstrat-ed consistency with the Hardy-Weinberg equilibrium law. TH01 was the only system in which the probability value was below the significance level. However, after applying the Bonferroni correction for multiple testing, no statistically significant differences were revealed in the distributions observed and expected in this locus, similarly to the remaining fourteen.

Based on the distributions of genetic traits obtained for the population living in the Lodz region of Poland, Fst indices were calculated as proposed by Reynolds et al. [20], and compared with equivalent indices de-termined for other populations of Poland [24], Europe [23, 25, 26] and the world [22, 27]. The comparison



celu wizualizację przy użyciu metody „najbliższego sąsiada” (neighbour-joining), na podstawie której skon-struowano drzewo dystansów dla porównywanych populacji świata przedstawione na ryc. 1. Następnie w oparciu o skalowanie wielowymiarowe zobrazowa-no dystanse genetyczne pomiędzy porównywanymi populacjami Europy (ryc. 2) oraz pomiędzy porówny-wanymi populacjami Polski (ryc. 3). Z analizy danych wynika, że dystans ujawniony na podstawie matrycy wartości Fst w przybliżeniu odzwierciedla dystans te-rytorialny dzielący badaną populację Polski od innych populacji. Jest to szczególnie widoczne w przypadku najbardziej odległych terytorialnie i genetycznie od naszej populacji afroamerykańskiej i japońskiej. Co ciekawe, różnice statystycznie znamienne (p < 0,05) odnotowano nie tylko pomiędzy badaną populacją Łodzi a innymi populacjami świata i Europy, lecz tak-że populacją Warszawy, Szczecina i Poznania. Może to wynikać z faktu, iż analiza częstości w obrębie markerów typu STR nie jest doskonałym narzędziem do analizy biogeograficznego pokrewieństwa. Mogą mieć na to wpływ również stosunkowo niskie liczeb-ności w obrębie porównywanych z łódzką innych

was performed by means of visualization based on the “neighbour-joining” method which was used to create a genetic distance tree for the compared populations of the world, as shown in Fig. 1. Next, based on mul-tidimensional scaling, genetic distances were visualized between the compared populations of Europe in Fig. 2, and between the compared populations of Poland in Fig. 3. The analysis of data shows that the distance re-vealed on the basis of the Fst value matrix approx-imately reflects the territorial distance between the studied Polish population and other populations. This is evident particularly in the Afro-American and Jap-anese populations which are separated by the greatest territorial and genetic distance from the Polish popu-lation. Interestingly, statistically significant differences (p < 0.05) were noted not only between the studied pop-ulation of Lodz and other populations of Europe and the world, but also the populations of Warsaw, Szczecin and Poznan. The finding may be due to the fact that an analysis of frequencies within STR type markers is not a perfect tool for determining biogeographical ancestry. Another contributing cause may be the fact that other Polish populations which were compared with the Lodz

Ryc. 1. Dystans genetyczny pomiędzy populacją regionu łódzkiego (Centralna Polska) a innymi populacjami świata, zwizualizowany metodą „najbliższego sąsiada”Fig. 1. Genetic distance between population of Lodz region (Central Poland) and other populations of the world, visualized by the “neighbor-joining” method

Afro USA/Afro USA

Japonia/Japan

Szwecja/Sweden

Kraków/Krakow

Łódź/Lodz

Holandia/Holland

LublinGdańsk/Gdansk

Białystok/Bialystok

Wrocław/Wroclaw

Warszawa/Warsaw

Poznań/PoznanSzczecin

0.01

Portugalia/Portugal




populacji Polski skutkujące przeszacowaniem czy też niedoszacowaniem częstości niektórych alleli. Zgod-nie z aktualnie obowiązującymi standardami mini-malna liczebność, konieczna do opracowania danych populacyjnych z danego regionu, wynosi 500 [28]. Wykorzystanie jak największych baz danych zdecy-dowanie adekwatniej charakteryzuje poszczególne regiony kraju w porównaniu z danymi zbiorczymi, stanowiącymi sumę danych populacyjnych z tych regionów. Ponadto ma istotne znaczenie w praktyce badawczej z zakresu genetyki sądowej. Chroni przed zaniżaniem częstości alleli, a tym samym zawyżaniem wartości dowodowej ekspertyz.

Wnioski

Udokumentowano wysoką przydatność zestawu NGM w badaniach z zakresu genetyki medycznej i są-dowej w badanej populacji regionu łódzkiego Polski Centralnej i spełnienie przez nią warunków niezależ-nego dziedziczenia. Wykazano brak nierównowagi sprzężeń pomiędzy syntenicznymi loci zestawu, co

population were relatively small. Consequently, some alleles could have been either over- or underestimated. In accordance with the current standards the minimum number of people within a population that is required for processing population data for a given region is 500 [28]. Databases should be as large as possible to ensure that they characterize individual regions of the country much more adequately than collective data representing a total of population data for respective regions. Fur-thermore, the use of large databases is very important for forensic genetic research practice. It prevents under-estimation of allele frequencies and thus overestimation of the evidence value of expert opinions.

Conclusions

The NGM kit was shown to be highly suitable for medical and forensic genetic studies in the studied population of the Lodz region of Central Poland. The population was found to satisfy the conditions of inde-pendent inheritance. Another finding was the absence of linkage disequilibrium between the synthetic loci

Ryc. 2. Skalowanie wielowymiarowe obrazujące dystans genetyczny pomiędzy populacją Łodzi (Polska Cen-tralna) a innymi populacjami Europy na wykresie trójwymiarowymFig. 2. Multidimensional scaling revealing genetic distance between population of Lodz region (Central Po-land) and other populations of Europe on the three-dimensional graph

Szwecja/Sweden

Holandia/Holland


Łódź/LodzPoznań/Poznan

Portugalia/Portugal

Kraków/Krakow

Warszawa/Warsaw

SzczecinLublin

Gdańsk/Gdansk

Wrocław/Wroclaw0,6

0,4

0,2

0,0

–0,2

–0,4

0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 –0,2 –0,4 –0,6

2,01,61,20,80,40,0–0,4–0,8–1,2



daje możliwość ich multipleksowania do oceny war-tości dowodowej. Zobrazowano różnice międzypo-pulacyjne w obrębie badanej populacji z regionu Ło-dzi i innych regionów Polski. Uzasadniona jest zatem potrzeba konstruowania baz danych o jak najwięk-szej liczebności, które najadekwatniej charakteryzują populację określonego regionu kraju oraz pozwalają na prawidłowe oszacowanie dowodu z badań DNA w tym regionie.

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

of the kit, which offers a possibility to multiplex them for the assessment of evidence value. Inter-population differences within the studied population of the Lodz region and other regions of Poland were visualized. Consequently, databases should contain the greatest possible number of records, as large databases provide the most adequate characterization of the population of a particular region of the country, and allow correct assessment of DNA-based evidence in that region.

The authors declare no conflict of interest.

Ryc. 3. Skalowanie wielowymiarowe obrazujące dystans genetyczny pomiędzy populacją Łodzi (Polska Cen-tralna) a innymi populacjami Polski na dwuwymiarowym wykresieFig. 3. Multidimensional scaling revealing genetic distance between population of Lodz region (Central Po-land) and other populations of Poland on the two-dimensional graph


Łódź/Lodz

Poznań/Poznan

Kraków/Krakow

Warszawa/Warsaw

Szczecin

Lublin

Wrocław/Wroclaw0,8

0,4

0,0

–0,4

–0,8 –0,8 –0,4 0,0 0,4 0,8 1,2

Wymiar 1Dimension 1

Wym

iar

2D

imen

sion

2

Gdańsk/Gdansk

Piśmiennictwo References

1. Jeffreys AJ, Wilson V, Thein SL. Individual-specific 'fingerprints' of human DNA. Nature 1985; 316: 76-79.2. Edwards A, Civitello A, Hammond HA, Caskey CT. DNA typing and genetic mapping with trimeric and tetrameric tandem repeats. Am

J Hum Genet 1991; 49: 746-756.3. Parson W, Ballard D, Budowle B, Butler JM, Gettings KB, Gill P, Gusmão L, Hares DR, Irwin JA, King JL, Knijff PD, Morling N, Prinz M,

Schneider PM, Neste CV, Willuweit S, Phillips C. Massively parallel sequencing of forensic STRs: Considerations of the DNA commission of the International Society for Forensic Genetics (ISFG) on minimal nomenclature requirements. Forensic Sci Int Genet 2016; 22: 54-63.

4. Martin PD, Schmitter H, Schneider PM. A brief history of the formation of DNA databases in forensic science within Europe. Forensic Sci Int 2001; 119: 225-231.

5. Schneider PM. Scientific standards for studies in forensic genetics. Forensic Sci Int 2007; 165: 238-243.6. Gill P, Fereday L, Morling N, Schneider PM, The evolution of DNA databases recommendations for new European STR loci. Forensic Sci

Int 2006; 156: 242-244.




7. Branicki W, Pośpiech E, Kupiec T, Styrna J. Nowy wymiar ekspertyzy DNA – potrzeba szkoleń ekspertów i odbiorców ekspertyz. Arch Med Sąd Kryminol 2014; 64: 175-194.

8. SWGDAM Interpretation Guidelines for Autosomal STR Typing by Forensic DNA Testing Laboratories. Approved at the Scientific Wor-king Group on DNA Analysis Methods meeting, Fredericksburg, Virginia, January 2010, http://www.swgdam.org/.

9. Welch LA, Gill P, Phillips C, Ansell R, Morling N, Parson W, Palo JU, Bastisch I. European Network of Forensic Science Institutes (ENFSI): Evaluation of new commercial STR multiplexes that include the European Standard Set (ESS) of markers. Forensic Sci Int Genet 2012; 6: 819-826.

10. Budowle B, Shea B, Niezgoda S, Chakraborty R. CODIS STR loci data from 41 sample populations J Forensic Sci 2001; 46: 453-489.11. Jacewicz R, Jedrzejczyk M, Ludwikowska M, Berent J. Population database on 15 autosomal STR loci in 1000 unrelated individuals from

the Lodz region of Poland. Forensic Sci Int Genet 2008; 2: e1-e3.12. Melo F, Amorim A, Alves C. Comparative performance between "next generation" multiplex systems and the new European Standard Set

of STR markers in the Portuguese Population. Forensic Sci Int Genet 2014; 8: 137-142. 13. Green RL, Lagacé RE, Oldroyd NJ, Hennessy LK, Mulero JJ. Developmental validation of the AmpFℓSTR® NGM SElect™ PCR Amplifica-

tion Kit: A next-generation STR multiplex with the SE33 locus. Forensic Sci Int Genet 2013; 7: 41-51.14. A&A Biotechnology, Sherlock AX. Uniwersalny zestaw do izolacji DNA ze śladów biologicznych oraz trudnych prób. Protokół (wersja

1115). Gdynia, Polska.15. PowerQuant™ System. Instructions for Use of Products PQ5002 and PQ5008. Technical Manual. 2015 Promega Corporation, Madison, USA.16. AmpFlSTR® NGM™PCR Amplification Kit. User Guide (4425511 Rev. G). Applied Biosystems. 2015 Life Technologies. Carlsbad, USA.17. Tereba A, Promega Corporation. Tools for analysis of population statistics. Profiles in DNA. Promega 1999; 2: 14-16.18. Lewis, PO, Zaykin, D. Genetic Data Analysis: Computer program for the analysis of allelic data. Version 1.0 (d16c) 2001.19. Liu J, Muse SV. PowerMarker: an integrated analysis environment for genetic marker analysis. Bioinformatics 2005; 21: 2128-2129. 20. Reynolds J, Weir BS, Cockerham CC. Estimation of the coancestry coefficient: basis for a short-term genetic distance. Genetics 1983; 105:

767-77921. Weir BS. The second National Research Council report on forensic DNA evidence. Am J Hum Genet 1996; 59: 497-500.22. Budowle B, Ge J, Charaborty R, Eisenberg AJ, Green R, Mulero J, Lagace R, Hennessy L. Population genetic analyses of the NGM STR loci.

Int J Legal Med 2011; 125: 101-109. 23. Ribeiro T, Dario P, Vital N, Sanches S, Espinheira R, Geada H, Costa-Santos J. Population data of the AmpFlSTR® NGM™ loci in South

Portuguese population. Forensic Sci Int Genet 2013; 7: e37-39 24. Soltyszewski I, Pepinski W, Wolanska-Nowak P, Maciejewska A, Paszkowska R, Abreu-Glowacka M, Achrem W, Jonkisz A, Lebio-

da A, Konarzewska M, Ploski R. Polish population data on 15 autosomal STRs of AmpFISTR NGM PCR kit. Forensic Sci Int Genet 2014; 9: 142-149.

25. Gehrig C, Balitzki B, Kratzer A, Cossu C, Malik N, Castella V. Allelic proportions of 16 STR loci-including the new European Standard Set (ESS) loci-in a Swiss population sample. Int J Legal Med 2014; 128: 461-465.

26. Westen AA, Kraaijenbrink T, Robles de Medina EA, Harteveld J, Willemse P, Zuniga SB, van der Gaag KJ, Weiler NE, Warnaar J, Kayser M, Sijen T, de Knijff P. Comparing six commercial autosomal STR kits in a large Dutch population sample. Forensic Sci Int Genet 2014; 10: 55-63.

27. Fujii K, Watahiki H, Mita Y, Iwashima Y, Kitayama T, Nakahara H, Mizuno N, Sekiguchi K. Allele frequencies for 21 autosomal short tandem repeat loci obtained using GlobalFiler in a sample of 1501 individuals from the Japanese population. Leg Med (Tokyo) 2015; 17: 306-308.

28. Carracedo A, Butler JM, Gusmão L, Linacre A, Parson W, Roewer L, Schneider PM. New guidelines for the publication of genetic popula-tion data. Forensic Sci Int Genet 2013; 7: 217-220.

Adres do korespondencjiRenata JacewiczPracownia Genetyki Medycznej i SądowejZakład Medycyny SądowejUniwersytet Medyczny w Łodziul. Sędziowska 18 A91-304 Łódź, Polskae-mail: [email protected]

Address for correspondenceRenata JacewiczMedical and Forensic Genetics LaboratoryDepartment of Forensic MedicineMedical University of LodzSędziowska 18 A91-304 Lodz, Polande-mail: [email protected]

population database on: d1s1656, d2s441, d2s1338, d3s1358...

Documents